客车空调发电车油耗监测系统设计

詹俊琼

【摘 要】 本文通过对客车空调发电车油耗监测系统的具体研发，总结归纳了该系统在设计思想、实现技术等方面内容。供有关技术人员参考。

【关键词】 客车 空调 发电车 油耗 监测

随着电气化改造进程的深入和空调客车的进一步普及，旅客列车空调发电车燃油能耗支出占运输成本的比例有所增加，如何按照车次、组别统计乘务员执乘期间的用油量，即考核乘务人员用油情况成为一项重要课题；研制和开发旅客列车空调发电车油耗监测系统，可为车辆部门研究、分析发电车工况、油耗情况、乘务员操作水平，制定可行的节油措施及管理政策和检修规程等提供可靠的依据。对控制发电车油耗，降低燃油成本具有重要的意义。

1 系统组成及工作原理

（1）硬件结构组成。硬件系统主要有：电源模块、数据采集及信号处理模块、通讯模块、控制处理模块、存储、显示模块。各部分协调一致完成油耗数据的采集、分析、计算、处理及结果的存储、显示等功能。地面分析系统包括微机和配套的分析软件，通过数据转储设备，将车上存储的历史油耗数据进行下载，通过地面软件对其进一步分析，评测发电车状态、乘务员操作水平等。结构框图如下。

（2）工作原理。车载系统由电源模块供电进入正常工作状态；通过传感器完成油位的数据采集，经信号处理模块进行滤波、整形等处理后送到控制处理模块，由软件进行分析、计算、校准，形成油耗数据；再结合乘务员信息按照所需格式和内容送往存储模块和显示模块完成综合油耗数据的存储和实时显示功能。

2 各部分电路功能的设计与实现

（1）电源模块电路。电源模块为系统的能源供给中心，向系统各模块电路供电，保障系统的正常工作；模块利用发电车上24V的直流电源，经过极性保护电路和隔离转换及开关稳压电路，产生系统所需的各种不同等级的电压，给各个模块、电路及传感器供电；能适应发电车电源的较大波动，并保证本系统与发电车的电气系统相互隔离，避免发生故障后对发电车的影响，满足故障导向安全的要求。

（2）数据采集和信号处理模块电路。数据采集和信号处理模块是系统的信息来源，直接关系到获得原始数据的准确性和最终结果的精度；在传感器的选型中重点考虑精度和稳定性要求，并符合故障导向安全原则，使传感器的故障不影响发电车的正常运行。传感器安装在油箱内部，将发电车消耗的柴油量变送成电信号，通过信号处理模块中的隔离电路和放大、整形电路处理后传送到控制处理模块，供软件进行分析和处理。同时，系统还设计有采集IC卡中乘务员和空调车信息的电路。

（3）控制处理模块电路。控制处理模块是整个系统的控制核心，承担着所有硬件电路的控制协调工作和全部数据的处理及通信控制等一系列工作；核心MCU选用C8051F系列混合信号系统级芯片。该模块用于控制传感器和IC卡的数据输入，通过软件程序对这些数据进行分析、计算、校准、整理、编码等处理，组织形成我们所需要的实际油耗数据及格式；再按照设定的时间间隔送往存储模块进行保存，同时送往显示模块，完成综合油耗数据的累积存储及实时显示功能。另外，在向地面转储过程中，该模块控制将存储模块中保存的综合油耗数据经通讯模块向外输出，提供给地面软件进行进一步分析和处理。该模块还设计有自我检测诊断功能，及时发现自身故障，给出相应的报警提示。

（4）通信模块电路。通信模块承担着控制处理模块与外围设备的数据传输任务，包括向显示屏的数据输出和向地面设备的数据转储输出。在接口电路设计中针对信号的隔离、电平的匹配和转换等问题，采用不同的元器件和芯片；使通信总线相互隔离，确保故障导向安全，避免发生故障后的相互影响。

（5）存储模块电路。存储模块用于保存综合油耗历史数据，要求其在断电情况下也不能丢失数据；为此选用了SD卡作为存储介质，经处理后的综合油耗数据，按照设定的时间间隔和格式送往存储模块进行保存，形成油耗历史数据库，便于以后集中进行转储和处理，这些数据可以传送到地面计算机并存入数据库，利用分析软件进行深入的分析。

（6）显示模块电路。显示模块采用彩色显示触摸屏技术，设计出友好的显示界面，可接收通信模块传来的油耗数据，按照其设定的格式显示在屏幕上。同时通过触摸屏，可进行系统维护等操作。使乘务员一目了然，使用方便。

3 硬件系统的设计特点

（1）采用了多种隔离技术。系统中的隔离包括电源隔离、通信总线隔离以及数据采集隔离，用以提高系统的安全可靠性。即使在设备异常的情况下也不会危及发电车的安全运行。严格执行故障导向安全原则。

（2）采用了多种滤波技术。系统在信号处理上采用多种技术，包括机械、电子等硬件缓冲滤波技术及软件滤波算法技术，对原始数据进行严格的判断分析，剔除不合理数据，从而保证采集数据的真实可靠。

（3）采用了非易失存储器技术。本系统能够实时地将采集处理后的有用数据存储到非易失存储器中，这样即使在掉电或者遇到其它异常的情况时，存储在非易失存储器中的历史油耗数据也不会丢失。

（4）合理选择、安装高精度的传感器。系统选用高精度压力传感器，设计制作了相应的阻尼、导流等结构，合理选择安装位置，有效地减小外界的机械振动干扰，保证数据的真实可靠；满足精度和稳定性要求。

（5）建立数据库便于更深入地分析数据。设计时充分考虑了进一步分析数据的需求，对非易失存储器中的数据进行了内容和格式预处理，便于形成数据库；经通信模块传输到PC机上，通过地面分析软件将这些数据存储到数据库中，便于更深入的分析数据。

4 结语

本系统设计完成后，经过一段时间的运行试验、观察和改进，能够准确地采集、显示、记录发电车燃油消耗量，实现了预定功能，为车辆部门研究、分析、判断发电车的油耗情况，分析发电车工况，乘务员操作水平，控制运用成本，制定可行的节油措施及管理政策和检修规程等提供了科学的检测手段和可靠的依据，使精细管理更具科学性，具有重要的意义。但作为普遍推广的产品，还需要进一步改进和完善，提高制作、装配工艺水平和设备工作稳定性，降低故障率，并便于现场安装和维护，在实用性方面再下功夫。endprint

【摘 要】 本文通过对客车空调发电车油耗监测系统的具体研发，总结归纳了该系统在设计思想、实现技术等方面内容。供有关技术人员参考。

【关键词】 客车 空调 发电车 油耗 监测

随着电气化改造进程的深入和空调客车的进一步普及，旅客列车空调发电车燃油能耗支出占运输成本的比例有所增加，如何按照车次、组别统计乘务员执乘期间的用油量，即考核乘务人员用油情况成为一项重要课题；研制和开发旅客列车空调发电车油耗监测系统，可为车辆部门研究、分析发电车工况、油耗情况、乘务员操作水平，制定可行的节油措施及管理政策和检修规程等提供可靠的依据。对控制发电车油耗，降低燃油成本具有重要的意义。

1 系统组成及工作原理

（1）硬件结构组成。硬件系统主要有：电源模块、数据采集及信号处理模块、通讯模块、控制处理模块、存储、显示模块。各部分协调一致完成油耗数据的采集、分析、计算、处理及结果的存储、显示等功能。地面分析系统包括微机和配套的分析软件，通过数据转储设备，将车上存储的历史油耗数据进行下载，通过地面软件对其进一步分析，评测发电车状态、乘务员操作水平等。结构框图如下。

（2）工作原理。车载系统由电源模块供电进入正常工作状态；通过传感器完成油位的数据采集，经信号处理模块进行滤波、整形等处理后送到控制处理模块，由软件进行分析、计算、校准，形成油耗数据；再结合乘务员信息按照所需格式和内容送往存储模块和显示模块完成综合油耗数据的存储和实时显示功能。

2 各部分电路功能的设计与实现

（1）电源模块电路。电源模块为系统的能源供给中心，向系统各模块电路供电，保障系统的正常工作；模块利用发电车上24V的直流电源，经过极性保护电路和隔离转换及开关稳压电路，产生系统所需的各种不同等级的电压，给各个模块、电路及传感器供电；能适应发电车电源的较大波动，并保证本系统与发电车的电气系统相互隔离，避免发生故障后对发电车的影响，满足故障导向安全的要求。

（2）数据采集和信号处理模块电路。数据采集和信号处理模块是系统的信息来源，直接关系到获得原始数据的准确性和最终结果的精度；在传感器的选型中重点考虑精度和稳定性要求，并符合故障导向安全原则，使传感器的故障不影响发电车的正常运行。传感器安装在油箱内部，将发电车消耗的柴油量变送成电信号，通过信号处理模块中的隔离电路和放大、整形电路处理后传送到控制处理模块，供软件进行分析和处理。同时，系统还设计有采集IC卡中乘务员和空调车信息的电路。

（3）控制处理模块电路。控制处理模块是整个系统的控制核心，承担着所有硬件电路的控制协调工作和全部数据的处理及通信控制等一系列工作；核心MCU选用C8051F系列混合信号系统级芯片。该模块用于控制传感器和IC卡的数据输入，通过软件程序对这些数据进行分析、计算、校准、整理、编码等处理，组织形成我们所需要的实际油耗数据及格式；再按照设定的时间间隔送往存储模块进行保存，同时送往显示模块，完成综合油耗数据的累积存储及实时显示功能。另外，在向地面转储过程中，该模块控制将存储模块中保存的综合油耗数据经通讯模块向外输出，提供给地面软件进行进一步分析和处理。该模块还设计有自我检测诊断功能，及时发现自身故障，给出相应的报警提示。

（4）通信模块电路。通信模块承担着控制处理模块与外围设备的数据传输任务，包括向显示屏的数据输出和向地面设备的数据转储输出。在接口电路设计中针对信号的隔离、电平的匹配和转换等问题，采用不同的元器件和芯片；使通信总线相互隔离，确保故障导向安全，避免发生故障后的相互影响。

（5）存储模块电路。存储模块用于保存综合油耗历史数据，要求其在断电情况下也不能丢失数据；为此选用了SD卡作为存储介质，经处理后的综合油耗数据，按照设定的时间间隔和格式送往存储模块进行保存，形成油耗历史数据库，便于以后集中进行转储和处理，这些数据可以传送到地面计算机并存入数据库，利用分析软件进行深入的分析。

（6）显示模块电路。显示模块采用彩色显示触摸屏技术，设计出友好的显示界面，可接收通信模块传来的油耗数据，按照其设定的格式显示在屏幕上。同时通过触摸屏，可进行系统维护等操作。使乘务员一目了然，使用方便。

3 硬件系统的设计特点

（1）采用了多种隔离技术。系统中的隔离包括电源隔离、通信总线隔离以及数据采集隔离，用以提高系统的安全可靠性。即使在设备异常的情况下也不会危及发电车的安全运行。严格执行故障导向安全原则。

（2）采用了多种滤波技术。系统在信号处理上采用多种技术，包括机械、电子等硬件缓冲滤波技术及软件滤波算法技术，对原始数据进行严格的判断分析，剔除不合理数据，从而保证采集数据的真实可靠。

（3）采用了非易失存储器技术。本系统能够实时地将采集处理后的有用数据存储到非易失存储器中，这样即使在掉电或者遇到其它异常的情况时，存储在非易失存储器中的历史油耗数据也不会丢失。

（4）合理选择、安装高精度的传感器。系统选用高精度压力传感器，设计制作了相应的阻尼、导流等结构，合理选择安装位置，有效地减小外界的机械振动干扰，保证数据的真实可靠；满足精度和稳定性要求。

（5）建立数据库便于更深入地分析数据。设计时充分考虑了进一步分析数据的需求，对非易失存储器中的数据进行了内容和格式预处理，便于形成数据库；经通信模块传输到PC机上，通过地面分析软件将这些数据存储到数据库中，便于更深入的分析数据。

4 结语

本系统设计完成后，经过一段时间的运行试验、观察和改进，能够准确地采集、显示、记录发电车燃油消耗量，实现了预定功能，为车辆部门研究、分析、判断发电车的油耗情况，分析发电车工况，乘务员操作水平，控制运用成本，制定可行的节油措施及管理政策和检修规程等提供了科学的检测手段和可靠的依据，使精细管理更具科学性，具有重要的意义。但作为普遍推广的产品，还需要进一步改进和完善，提高制作、装配工艺水平和设备工作稳定性，降低故障率，并便于现场安装和维护，在实用性方面再下功夫。endprint

【摘 要】 本文通过对客车空调发电车油耗监测系统的具体研发，总结归纳了该系统在设计思想、实现技术等方面内容。供有关技术人员参考。

【关键词】 客车 空调 发电车 油耗 监测

随着电气化改造进程的深入和空调客车的进一步普及，旅客列车空调发电车燃油能耗支出占运输成本的比例有所增加，如何按照车次、组别统计乘务员执乘期间的用油量，即考核乘务人员用油情况成为一项重要课题；研制和开发旅客列车空调发电车油耗监测系统，可为车辆部门研究、分析发电车工况、油耗情况、乘务员操作水平，制定可行的节油措施及管理政策和检修规程等提供可靠的依据。对控制发电车油耗，降低燃油成本具有重要的意义。

1 系统组成及工作原理

（1）硬件结构组成。硬件系统主要有：电源模块、数据采集及信号处理模块、通讯模块、控制处理模块、存储、显示模块。各部分协调一致完成油耗数据的采集、分析、计算、处理及结果的存储、显示等功能。地面分析系统包括微机和配套的分析软件，通过数据转储设备，将车上存储的历史油耗数据进行下载，通过地面软件对其进一步分析，评测发电车状态、乘务员操作水平等。结构框图如下。

（2）工作原理。车载系统由电源模块供电进入正常工作状态；通过传感器完成油位的数据采集，经信号处理模块进行滤波、整形等处理后送到控制处理模块，由软件进行分析、计算、校准，形成油耗数据；再结合乘务员信息按照所需格式和内容送往存储模块和显示模块完成综合油耗数据的存储和实时显示功能。

2 各部分电路功能的设计与实现

（1）电源模块电路。电源模块为系统的能源供给中心，向系统各模块电路供电，保障系统的正常工作；模块利用发电车上24V的直流电源，经过极性保护电路和隔离转换及开关稳压电路，产生系统所需的各种不同等级的电压，给各个模块、电路及传感器供电；能适应发电车电源的较大波动，并保证本系统与发电车的电气系统相互隔离，避免发生故障后对发电车的影响，满足故障导向安全的要求。

（2）数据采集和信号处理模块电路。数据采集和信号处理模块是系统的信息来源，直接关系到获得原始数据的准确性和最终结果的精度；在传感器的选型中重点考虑精度和稳定性要求，并符合故障导向安全原则，使传感器的故障不影响发电车的正常运行。传感器安装在油箱内部，将发电车消耗的柴油量变送成电信号，通过信号处理模块中的隔离电路和放大、整形电路处理后传送到控制处理模块，供软件进行分析和处理。同时，系统还设计有采集IC卡中乘务员和空调车信息的电路。

（3）控制处理模块电路。控制处理模块是整个系统的控制核心，承担着所有硬件电路的控制协调工作和全部数据的处理及通信控制等一系列工作；核心MCU选用C8051F系列混合信号系统级芯片。该模块用于控制传感器和IC卡的数据输入，通过软件程序对这些数据进行分析、计算、校准、整理、编码等处理，组织形成我们所需要的实际油耗数据及格式；再按照设定的时间间隔送往存储模块进行保存，同时送往显示模块，完成综合油耗数据的累积存储及实时显示功能。另外，在向地面转储过程中，该模块控制将存储模块中保存的综合油耗数据经通讯模块向外输出，提供给地面软件进行进一步分析和处理。该模块还设计有自我检测诊断功能，及时发现自身故障，给出相应的报警提示。

（4）通信模块电路。通信模块承担着控制处理模块与外围设备的数据传输任务，包括向显示屏的数据输出和向地面设备的数据转储输出。在接口电路设计中针对信号的隔离、电平的匹配和转换等问题，采用不同的元器件和芯片；使通信总线相互隔离，确保故障导向安全，避免发生故障后的相互影响。

（5）存储模块电路。存储模块用于保存综合油耗历史数据，要求其在断电情况下也不能丢失数据；为此选用了SD卡作为存储介质，经处理后的综合油耗数据，按照设定的时间间隔和格式送往存储模块进行保存，形成油耗历史数据库，便于以后集中进行转储和处理，这些数据可以传送到地面计算机并存入数据库，利用分析软件进行深入的分析。

（6）显示模块电路。显示模块采用彩色显示触摸屏技术，设计出友好的显示界面，可接收通信模块传来的油耗数据，按照其设定的格式显示在屏幕上。同时通过触摸屏，可进行系统维护等操作。使乘务员一目了然，使用方便。

3 硬件系统的设计特点

（1）采用了多种隔离技术。系统中的隔离包括电源隔离、通信总线隔离以及数据采集隔离，用以提高系统的安全可靠性。即使在设备异常的情况下也不会危及发电车的安全运行。严格执行故障导向安全原则。

（2）采用了多种滤波技术。系统在信号处理上采用多种技术，包括机械、电子等硬件缓冲滤波技术及软件滤波算法技术，对原始数据进行严格的判断分析，剔除不合理数据，从而保证采集数据的真实可靠。

（3）采用了非易失存储器技术。本系统能够实时地将采集处理后的有用数据存储到非易失存储器中，这样即使在掉电或者遇到其它异常的情况时，存储在非易失存储器中的历史油耗数据也不会丢失。

（4）合理选择、安装高精度的传感器。系统选用高精度压力传感器，设计制作了相应的阻尼、导流等结构，合理选择安装位置，有效地减小外界的机械振动干扰，保证数据的真实可靠；满足精度和稳定性要求。

（5）建立数据库便于更深入地分析数据。设计时充分考虑了进一步分析数据的需求，对非易失存储器中的数据进行了内容和格式预处理，便于形成数据库；经通信模块传输到PC机上，通过地面分析软件将这些数据存储到数据库中，便于更深入的分析数据。

4 结语

本系统设计完成后，经过一段时间的运行试验、观察和改进，能够准确地采集、显示、记录发电车燃油消耗量，实现了预定功能，为车辆部门研究、分析、判断发电车的油耗情况，分析发电车工况，乘务员操作水平，控制运用成本，制定可行的节油措施及管理政策和检修规程等提供了科学的检测手段和可靠的依据，使精细管理更具科学性，具有重要的意义。但作为普遍推广的产品，还需要进一步改进和完善，提高制作、装配工艺水平和设备工作稳定性，降低故障率，并便于现场安装和维护，在实用性方面再下功夫。endprint